液壓支架新型換向閥性能分析與研究

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1、液壓支架新型換向閥性能分析與研究：本文對(duì)液壓支架用的換向閥進(jìn)行了詳細(xì)的模型。通過(guò)利用計(jì)算機(jī)流體軟件CFD，對(duì)換向閥內(nèi)的液流進(jìn)行了壓力與速度的分析。這是理論分析所無(wú)法達(dá)到的。為以后進(jìn)一步改善該閥的性能提供了有用的依據(jù)。該研究過(guò)程中所采用的方法對(duì)研究其他同類元件同樣具有參考價(jià)值?！　￡P(guān)鍵詞：液壓支架大流量換向閥硬密封CFD方法　　　　0引言　　換向閥是液壓支架三大主要控制元件之一，也是單臺(tái)支架所需數(shù)量最多的閥類元件。根據(jù)支架各千斤頂?shù)膭?dòng)作要求，用多片中位機(jī)能為Y型的三位四通換向閥組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于液壓支架的液壓系統(tǒng)所用介質(zhì)是乳化液，該介質(zhì)粘度低，幾乎接近于水的粘度，所以液壓支架換向閥

2、很難做成像油介質(zhì)所用的采用間隙密封方式的換向閥，一般采用接觸式密封方式，常用的有硬對(duì)硬（鋼對(duì)鋼）、鋼對(duì)塑料、鋼對(duì)橡膠等結(jié)構(gòu)。目前，煤礦開采要達(dá)到高產(chǎn)高效，要求支架完成降、移、升循環(huán)的時(shí)間控制在8s到12s，對(duì)換向閥提出了高壓大流量及頻繁換向時(shí)達(dá)到較高可靠性和壽命的設(shè)計(jì)要求。目前國(guó)內(nèi)支架換向閥最大流量已達(dá)到400L/min?！　〗┠?，隨著高端液壓支架的國(guó)產(chǎn)化腳步加大，鄭煤機(jī)液壓電控公司成功的開發(fā)出電液控制閥。其自動(dòng)化程度高、換向精度高。可以實(shí)現(xiàn)臨架控制，更適應(yīng)于復(fù)雜的煤井。具有廣闊的市場(chǎng)前景。下圖（I）為我公司自主研發(fā)的流量為400L電液控制閥組。　　電液換向閥是電液控制閥中重

3、要的組成部分，但其中位機(jī)能仍為三位四通換向閥。所以，研究該換向閥，仍具有現(xiàn)實(shí)意義。在分析研究換向閥時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)采用CFD方法更能快捷、經(jīng)濟(jì)地分析換向閥的性能。從而獲取最佳的設(shè)計(jì)?！　?換向閥的結(jié)構(gòu)　　隨著煤礦高產(chǎn)高效對(duì)液壓支架的升、降、移架速度要求越來(lái)越高，即對(duì)液壓支架的工作阻力和所配置的各種千斤頂?shù)母讖胶烷y的流量提出了新的要求，即缸徑大、閥的流量大，支架工作阻力大，為此大流量換向閥應(yīng)運(yùn)而生。由于過(guò)去這類閥的零件較多，生產(chǎn)的工藝復(fù)雜，且采用軟密封，密封件在受到大流量高壓液體的沖擊下易于損壞?！　≡撻y的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：設(shè)計(jì)采用插裝式、硬密封。在密封副處閥芯表面采用淬火HRC40-5

4、0?！　?該換向閥的工作原理　　圖II所示，該閥的工作原理是：由電磁先導(dǎo)控制小流量液體進(jìn)入閥桿右端面所處內(nèi)腔，由于壓力作用，推動(dòng)閥桿左移，從而使液體經(jīng)P口后經(jīng)閥套（件2）12-φ4.5孔進(jìn)入閥桿（件1）內(nèi)腔流出。此時(shí)泵站的液體經(jīng)P口與立柱下腔相通。實(shí)現(xiàn)升柱。　　當(dāng)閥桿右端面所處腔無(wú)壓力時(shí)，由于彈簧力作用，閥桿處于右方。此時(shí)，液體從閥桿左腔流入，經(jīng)12-φ4.5孔推動(dòng)活塞（件4）向右移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)液體由O口流出。實(shí)現(xiàn)立柱下腔液體通過(guò)O口流入泵站。實(shí)現(xiàn)立柱降柱。　　3建立系統(tǒng)的數(shù)字模型　　3.1為完整模擬整個(gè)閥體內(nèi)部流場(chǎng)流動(dòng)情況，采用三維建模，閥口開度為2.3mm。其完整模型如圖(

5、III)所示：　　3.2由于液壓支架用乳化液是油乳化油與95%的水混合而成，流體的屬性與水類似，因此，以水作為流場(chǎng)仿真介質(zhì)。　　3.3模擬條件設(shè)置　　已知條件：進(jìn)口壓力32MPa，流量400L/min　　入口直徑：15mm　　出口直徑：15mm　　進(jìn)口：采用進(jìn)口總壓（32+0.71147=32.71147MPa）　　出口：采用速度入口（-37.7256）　　4仿真結(jié)果分析　　4.1壓力場(chǎng)分析　　結(jié)論：　　①如圖（II）：件1閥桿左端出口平均壓力為23.70MPa，與進(jìn)口P處壓差為8.3MPa；　　②如圖（II）：件1閥桿與件3閥座接觸小孔處由于產(chǎn)生低壓區(qū)，并形成漩渦，產(chǎn)生能量損

6、失?！　?.2速度場(chǎng)分析　　結(jié)論：　　①如圖（II）:件2小孔處節(jié)流口處的速度最大，vmax=80m/s，出口平均流速vavg=37.7256m/s?！　、谌鐖D（II）:流體在閥桿內(nèi)孔右端流場(chǎng)處于低速或靜止?fàn)顟B(tài)?！　?結(jié)論　　5.1液流通過(guò)該閥內(nèi)部通道時(shí)，由于加工工藝上的要求導(dǎo)致結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此流態(tài)多變。通過(guò)CFD模型，可以更形象觀察流態(tài)變化?！　?.2通過(guò)CFD模型結(jié)構(gòu)，對(duì)該閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在近幾年礦下使用中，性能穩(wěn)定，待到用戶肯定?！　?.3CFD方法，將是今后設(shè)計(jì)液壓元件中一種新的方法。